Redes Ubíquas Avançadas Luís Henrique Maciel Kosmalski Costa Depto. de Eletrônica e de Computação - Escola Politécnica Programa de Engenharia.

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1 Redes Ubíquas Avançadas Luís Henrique Maciel Kosmalski Costa luish@gta.ufrj.br Depto. de Eletrônica e de Computação - Escola Politécnica Programa de Engenharia Elétrica - COPPE Apoio: CNPq, CAPES, FAPERJ e FUJB.

2 Grupo de Teleinformática e Automação Professores/Pesquisadores Professores/Pesquisadores Aloysio de Castro Pinto Pedroza Aloysio de Castro Pinto Pedroza Jorge Lopes de Souza Leão Jorge Lopes de Souza Leão José Ferreira de Rezende José Ferreira de Rezende Luís Henrique Maciel Kosmalski Costa Luís Henrique Maciel Kosmalski Costa Otto Carlos Muniz Bandeira Duarte Otto Carlos Muniz Bandeira Duarte 14 alunos de Doutorado 14 alunos de Doutorado 12 alunos de Mestrado 12 alunos de Mestrado 12 alunos de Iniciação Científica 12 alunos de Iniciação Científicahttp://www.gta.ufrj.br Professores/Pesquisadores Professores/Pesquisadores Aloysio de Castro Pinto Pedroza Aloysio de Castro Pinto Pedroza Jorge Lopes de Souza Leão Jorge Lopes de Souza Leão José Ferreira de Rezende José Ferreira de Rezende Luís Henrique Maciel Kosmalski Costa Luís Henrique Maciel Kosmalski Costa Otto Carlos Muniz Bandeira Duarte Otto Carlos Muniz Bandeira Duarte 14 alunos de Doutorado 14 alunos de Doutorado 12 alunos de Mestrado 12 alunos de Mestrado 12 alunos de Iniciação Científica 12 alunos de Iniciação Científicahttp://www.gta.ufrj.br

3 Introdução Redes Sem Fio Redes Sem Fio Mobilidade Mobilidade Baixo custo de infra-estrutura Baixo custo de infra-estrutura Redes Sem Fio Redes Sem Fio Mobilidade Mobilidade Baixo custo de infra-estrutura Baixo custo de infra-estrutura Ubiqüidade Ubiqüidade Em qualquer lugar Em qualquer lugar A qualquer momento A qualquer momento

4 Em casa: Redes Domésticas Acesso à Internet Acesso à Internet Em todos os cômodos Em todos os cômodos Em vários aparelhos Em vários aparelhos Sensores Sensores o Segurança o Conforto Em várias mídias Em várias mídias o Cabeamento telefônico, elétrico (baixo custo) Acesso à Internet Acesso à Internet Em todos os cômodos Em todos os cômodos Em vários aparelhos Em vários aparelhos Sensores Sensores o Segurança o Conforto Em várias mídias Em várias mídias o Cabeamento telefônico, elétrico (baixo custo)

5 Na cidade: Redes em Malha Sem Fio Extensão da Internet convencional Extensão da Internet convencional Cenários de aplicação Cenários de aplicação Campi universitários Campi universitários Redes comunitárias Redes comunitárias Extensão da Internet convencional Extensão da Internet convencional Cenários de aplicação Cenários de aplicação Campi universitários Campi universitários Redes comunitárias Redes comunitárias

6 Redes em Malha Sem Fio Backbone formado por roteadores sem fio Backbone formado por roteadores sem fio Encaminhamento por múltiplos saltos Encaminhamento por múltiplos saltos Alta conectividade Alta conectividade Meio compartilhado Meio compartilhado o Controle de acesso ao meio Backbone formado por roteadores sem fio Backbone formado por roteadores sem fio Encaminhamento por múltiplos saltos Encaminhamento por múltiplos saltos Alta conectividade Alta conectividade Meio compartilhado Meio compartilhado o Controle de acesso ao meio

7 Desafios das Redes em Malha Capacidade de transmissão limitada Capacidade de transmissão limitada Interferência Interferência Escalabilidade Escalabilidade Capacidade de transmissão limitada Capacidade de transmissão limitada Interferência Interferência Escalabilidade Escalabilidade

8 Wireless Proactive Routing (WPR) Redução da sobrecarga de controle Redução da sobrecarga de controle Particularidades da Rede em Malha Particularidades da Rede em Malha o Roteadores estacionários o Tráfego concentrado na direção do gateway Topologia semelhante a uma árvore Topologia semelhante a uma árvore Redução da sobrecarga de controle Redução da sobrecarga de controle Particularidades da Rede em Malha Particularidades da Rede em Malha o Roteadores estacionários o Tráfego concentrado na direção do gateway Topologia semelhante a uma árvore Topologia semelhante a uma árvore

9 Algoritmo de Inundação Controlada Idéia chave Idéia chave Concentrar as mensagens de roteamento nos enlaces mais usados Concentrar as mensagens de roteamento nos enlaces mais usados Nó i Nó i Encaminha mensagens dos ascendentes (A i ) e descendentes (D i ) Encaminha mensagens dos ascendentes (A i ) e descendentes (D i ) Idéia chave Idéia chave Concentrar as mensagens de roteamento nos enlaces mais usados Concentrar as mensagens de roteamento nos enlaces mais usados Nó i Nó i Encaminha mensagens dos ascendentes (A i ) e descendentes (D i ) Encaminha mensagens dos ascendentes (A i ) e descendentes (D i ) AiAi Nó i

10 Algoritmo de Inundação Controlada DiDi Nó i Idéia chave Idéia chave Concentrar as mensagens de roteamento nos enlaces mais usados Concentrar as mensagens de roteamento nos enlaces mais usados Nó i Nó i Encaminha mensagens dos ascendentes (A i ) e descendentes (D i ) Encaminha mensagens dos ascendentes (A i ) e descendentes (D i ) Idéia chave Idéia chave Concentrar as mensagens de roteamento nos enlaces mais usados Concentrar as mensagens de roteamento nos enlaces mais usados Nó i Nó i Encaminha mensagens dos ascendentes (A i ) e descendentes (D i ) Encaminha mensagens dos ascendentes (A i ) e descendentes (D i )

11 No carro: Redes Veiculares Reprodução do Car-to-Car Consortium (http://www.car-to-car.org) Comunicação Comunicação Entre veículos (V2V – vehicle to vehicle) Entre veículos (V2V – vehicle to vehicle) Entre veículos e infra-estrutura (V2R – vehicle to roadside) Entre veículos e infra-estrutura (V2R – vehicle to roadside) Comunicação Comunicação Entre veículos (V2V – vehicle to vehicle) Entre veículos (V2V – vehicle to vehicle) Entre veículos e infra-estrutura (V2R – vehicle to roadside) Entre veículos e infra-estrutura (V2R – vehicle to roadside)

12 Redes Veiculares Aplicações Aplicações Segurança Segurança Conveniência Conveniência Com infra-estrutura Com infra-estrutura Sem infra-estrutura Sem infra-estrutura Redes ad hoc veiculares (VANETs – Vehicular Ad Hoc Networks) Redes ad hoc veiculares (VANETs – Vehicular Ad Hoc Networks) Aplicações Aplicações Segurança Segurança Conveniência Conveniência Com infra-estrutura Com infra-estrutura Sem infra-estrutura Sem infra-estrutura Redes ad hoc veiculares (VANETs – Vehicular Ad Hoc Networks) Redes ad hoc veiculares (VANETs – Vehicular Ad Hoc Networks)

13 VANETs Desafios Desafios Alta mobilidade dos nós Alta mobilidade dos nós Tempo de contato Tempo de contato Comunicação por múltiplos saltos Comunicação por múltiplos saltos o Quebra de conexões Soluções propostas Soluções propostas Novos padrões, p. ex. IEEE 802.11p Novos padrões, p. ex. IEEE 802.11p Protocolos de roteamento Protocolos de roteamento Desafios Desafios Alta mobilidade dos nós Alta mobilidade dos nós Tempo de contato Tempo de contato Comunicação por múltiplos saltos Comunicação por múltiplos saltos o Quebra de conexões Soluções propostas Soluções propostas Novos padrões, p. ex. IEEE 802.11p Novos padrões, p. ex. IEEE 802.11p Protocolos de roteamento Protocolos de roteamento

14 Vehicular Peer Selection Algorithm (Veer) Aplicação-alvo Aplicação-alvo Sistemas par-a-par (P2P) de transferência de arquivos Sistemas par-a-par (P2P) de transferência de arquivos Estratégia Estratégia Agendar transferências Agendar transferências Evitar quebras de conexões Evitar quebras de conexões Cenário Cenário Trajetórias conhecidas Trajetórias conhecidas Resultados Resultados Aumento da taxa de entrega de dados Aumento da taxa de entrega de dados Aplicação-alvo Aplicação-alvo Sistemas par-a-par (P2P) de transferência de arquivos Sistemas par-a-par (P2P) de transferência de arquivos Estratégia Estratégia Agendar transferências Agendar transferências Evitar quebras de conexões Evitar quebras de conexões Cenário Cenário Trajetórias conhecidas Trajetórias conhecidas Resultados Resultados Aumento da taxa de entrega de dados Aumento da taxa de entrega de dados

15 Medidas Experimentais Estudo de viabilidade das VANETs Estudo de viabilidade das VANETs Equipamentos convencionais Equipamentos convencionais Laptop no colo Laptop no colo Placas de rede IEEE802.11 PCMCIA Placas de rede IEEE802.11 PCMCIA Sem antena externa Sem antena externa Equipamentos convencionais Equipamentos convencionais Laptop no colo Laptop no colo Placas de rede IEEE802.11 PCMCIA Placas de rede IEEE802.11 PCMCIA Sem antena externa Sem antena externa

16 Cenário Ilha do Fundão (UFRJ) Ilha do Fundão (UFRJ) Pouco tráfego Pouco tráfego (a maior parte do tempo) (a maior parte do tempo) Ilha do Fundão (UFRJ) Ilha do Fundão (UFRJ) Pouco tráfego Pouco tráfego (a maior parte do tempo) (a maior parte do tempo)

17 Cenário Veículos viajando em direções opostas Veículos viajando em direções opostas Velocidade constante Velocidade constante Veículos viajando em direções opostas Veículos viajando em direções opostas Velocidade constante Velocidade constante

18 Resultados Experimentais Velocidades maiores Velocidades maiores Contatos mais curtos Contatos mais curtos Adaptações necessárias Adaptações necessárias IEEE 802.11 IEEE 802.11 TCP TCP Velocidades maiores Velocidades maiores Contatos mais curtos Contatos mais curtos Adaptações necessárias Adaptações necessárias IEEE 802.11 IEEE 802.11 TCP TCP Quantidade total de dados transferidos em um contato, em média, usando UDP e IEEE 802.11g. VelocidadeTamanho do pacote de dados 150 Bytes500 Bytes1460 Bytes 20 km/h4,9 MB σ = 0,9 MB9,2 MB σ = 1,2 MB10,8 MB σ = 3,4 MB 40 km/h1,9 MB σ = 0,4 MB4,6 MB σ = 0,5 MB4,8 MB σ = 1,7 MB 60 km/h1,6 MB σ = 0,4 MB3,5 MB σ = 1,1 MB2,8 MB σ = 1,7 MB

19 Direções Futuras em VANETs Medidas experimentais Medidas experimentais Aplicações P2P são viáveis Aplicações P2P são viáveis Outras aplicações Outras aplicações Jogos Jogos Gerenciamento de tráfego Gerenciamento de tráfego Prevenção de acidentes Prevenção de acidentes...... Medidas experimentais Medidas experimentais Aplicações P2P são viáveis Aplicações P2P são viáveis Outras aplicações Outras aplicações Jogos Jogos Gerenciamento de tráfego Gerenciamento de tráfego Prevenção de acidentes Prevenção de acidentes......

20 Em lugares ermos: DTNs Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões (DTNs - Delay and Disruption Tolerant Networks) Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões (DTNs - Delay and Disruption Tolerant Networks) Cenários desafiadores Cenários desafiadores Conexão intermitente Conexão intermitente Ausência de caminho fim-a-fim Ausência de caminho fim-a-fim Longos atrasos de propagação Longos atrasos de propagação Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões (DTNs - Delay and Disruption Tolerant Networks) Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões (DTNs - Delay and Disruption Tolerant Networks) Cenários desafiadores Cenários desafiadores Conexão intermitente Conexão intermitente Ausência de caminho fim-a-fim Ausência de caminho fim-a-fim Longos atrasos de propagação Longos atrasos de propagação

21 Cenários de DTNs Conectividade intermitente Conectividade intermitente Ausência de um caminho fim-a-fim Rede A Rede B

22 Cenários de DTNs Conectividade intermitente Conectividade intermitente 200 km Quiosque Internet

23 Cenários de DTNs Atrasos de propagação (muito) longos Atrasos de propagação (muito) longos Redes interplanetárias Redes interplanetárias Atrasos de propagação (muito) longos Atrasos de propagação (muito) longos Redes interplanetárias Redes interplanetárias Terra Vênus Júpiter Marte Sol Distância do Sol Vênus0,72UA Terra1UA Marte1,52UA Júpiter5,20UA Unidade Astronômica (UA) = 149.598.000 km Velocidade da luz = 300.000 Km/s ~ ~ Terra – Júpiter Distância Máxima = 6,20UA 51 min Distância Mínima = 4,20UA 35 min

24 Em Direção à Internet Ubíqua Redes sem fio Redes sem fio Mobilidade Mobilidade Baixo custo Baixo custo Desafio: Robustez Desafio: Robustez Falha dos nós Falha dos nós Escalabilidade Escalabilidade Interferências Interferências Conexões intermitentes Conexões intermitentes Grandes atrasos Grandes atrasos Redes sem fio Redes sem fio Mobilidade Mobilidade Baixo custo Baixo custo Desafio: Robustez Desafio: Robustez Falha dos nós Falha dos nós Escalabilidade Escalabilidade Interferências Interferências Conexões intermitentes Conexões intermitentes Grandes atrasos Grandes atrasos

25 Referências Redes em Malha Redes em Malha Campista, M. E. M., Passos, D. G., Esposito, P. M., Moraes, I. M., de Albuquerque, C. V. N., Saade, D. C. M., Rubinstein, M. G., Costa, L. H. M. K., and Duarte, O. C. M. B. - "Routing Metrics and Protocols for Wireless Mesh Networks", in IEEE Network, ISSN 0890-8044, vol. 22, no. 1, pp. 6-12, January 2008. Campista, M. E. M., Passos, D. G., Esposito, P. M., Moraes, I. M., de Albuquerque, C. V. N., Saade, D. C. M., Rubinstein, M. G., Costa, L. H. M. K., and Duarte, O. C. M. B. - "Routing Metrics and Protocols for Wireless Mesh Networks", in IEEE Network, ISSN 0890-8044, vol. 22, no. 1, pp. 6-12, January 2008. Campista, M. E. M., Costa, L. H. M. K., and Duarte, O. C. M. B. - "WPR: Um Protocolo de Roteamento Pró-ativo Adaptado às Redes em Malha Sem Fio", to appear in XXVI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores - SBRC'2008, Rio de Janeiro, RJ, Brazil, May 2008. Campista, M. E. M., Costa, L. H. M. K., and Duarte, O. C. M. B. - "WPR: Um Protocolo de Roteamento Pró-ativo Adaptado às Redes em Malha Sem Fio", to appear in XXVI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores - SBRC'2008, Rio de Janeiro, RJ, Brazil, May 2008. Redes Veiculares Redes Veiculares Cavalcanti, S. R., Campista, M. E. M., Abdesslem, F. B., Costa, L. H. M. K., and Amorim, M. D. - "VEER: Um Algoritmo de Seleção de Pares em Redes Ad Hoc Veiculares", to appear in XXVI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores - SBRC'2008, Rio de Janeiro, RJ, Brazil, May 2008. Cavalcanti, S. R., Campista, M. E. M., Abdesslem, F. B., Costa, L. H. M. K., and Amorim, M. D. - "VEER: Um Algoritmo de Seleção de Pares em Redes Ad Hoc Veiculares", to appear in XXVI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores - SBRC'2008, Rio de Janeiro, RJ, Brazil, May 2008. DTNs DTNs Oliveira, C. T., Moreira, M. D. D., Rubinstein, M. G., Costa, L. H. M. K., and Duarte, O. C. M. B. - "Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões", in Minicursos do Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores - SBRC'2007, Belém, PA, Brazil, May 2007. Oliveira, C. T., Moreira, M. D. D., Rubinstein, M. G., Costa, L. H. M. K., and Duarte, O. C. M. B. - "Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões", in Minicursos do Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores - SBRC'2007, Belém, PA, Brazil, May 2007. Redes em Malha Redes em Malha Campista, M. E. M., Passos, D. G., Esposito, P. M., Moraes, I. M., de Albuquerque, C. V. N., Saade, D. C. M., Rubinstein, M. G., Costa, L. H. M. K., and Duarte, O. C. M. B. - "Routing Metrics and Protocols for Wireless Mesh Networks", in IEEE Network, ISSN 0890-8044, vol. 22, no. 1, pp. 6-12, January 2008. Campista, M. E. M., Passos, D. G., Esposito, P. M., Moraes, I. M., de Albuquerque, C. V. N., Saade, D. C. M., Rubinstein, M. G., Costa, L. H. M. K., and Duarte, O. C. M. B. - "Routing Metrics and Protocols for Wireless Mesh Networks", in IEEE Network, ISSN 0890-8044, vol. 22, no. 1, pp. 6-12, January 2008. Campista, M. E. M., Costa, L. H. M. K., and Duarte, O. C. M. B. - "WPR: Um Protocolo de Roteamento Pró-ativo Adaptado às Redes em Malha Sem Fio", to appear in XXVI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores - SBRC'2008, Rio de Janeiro, RJ, Brazil, May 2008. Campista, M. E. M., Costa, L. H. M. K., and Duarte, O. C. M. B. - "WPR: Um Protocolo de Roteamento Pró-ativo Adaptado às Redes em Malha Sem Fio", to appear in XXVI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores - SBRC'2008, Rio de Janeiro, RJ, Brazil, May 2008. Redes Veiculares Redes Veiculares Cavalcanti, S. R., Campista, M. E. M., Abdesslem, F. B., Costa, L. H. M. K., and Amorim, M. D. - "VEER: Um Algoritmo de Seleção de Pares em Redes Ad Hoc Veiculares", to appear in XXVI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores - SBRC'2008, Rio de Janeiro, RJ, Brazil, May 2008. Cavalcanti, S. R., Campista, M. E. M., Abdesslem, F. B., Costa, L. H. M. K., and Amorim, M. D. - "VEER: Um Algoritmo de Seleção de Pares em Redes Ad Hoc Veiculares", to appear in XXVI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores - SBRC'2008, Rio de Janeiro, RJ, Brazil, May 2008. DTNs DTNs Oliveira, C. T., Moreira, M. D. D., Rubinstein, M. G., Costa, L. H. M. K., and Duarte, O. C. M. B. - "Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões", in Minicursos do Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores - SBRC'2007, Belém, PA, Brazil, May 2007. Oliveira, C. T., Moreira, M. D. D., Rubinstein, M. G., Costa, L. H. M. K., and Duarte, O. C. M. B. - "Redes Tolerantes a Atrasos e Desconexões", in Minicursos do Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores - SBRC'2007, Belém, PA, Brazil, May 2007.

26 Obrigado! Perguntas? Perguntas? http://www.sbrc2008.ufrj.brhttp://www.sbrc2008.ufrj.br Coordenação Geral: Artur Ziviani, LNCCLuís Henrique M. K. Costa, UFRJ Célio Vinicius N. de Albuquerque, UFFMarcelo G. Rubinstein, UERJ Coordenação Geral: Artur Ziviani, LNCCLuís Henrique M. K. Costa, UFRJ Célio Vinicius N. de Albuquerque, UFFMarcelo G. Rubinstein, UERJ